UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器在600MW汽輪發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用

杜永斌

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 前言

ABB UNITROL 5000型勵磁調(diào)節(jié)器是ABB公司研制的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器，由哈電機(jī)引進(jìn)ABB勵磁技術(shù)進(jìn)行散件組裝的該型號勵磁調(diào)節(jié)器在2004年左右在國內(nèi)投運(yùn)至今，運(yùn)行情況良好，得到了國內(nèi)用戶的廣泛認(rèn)可。本文將結(jié)合該調(diào)節(jié)器在哈三電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)組對其進(jìn)行介紹和具體分析。

2 系統(tǒng)原理

UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器是ABB公司的UNITROL系列的第五代產(chǎn)品，是在原UNITROL.F的基礎(chǔ)上而產(chǎn)生的新的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。與以前的UNITROL.F相比，UNTROL 5000勵磁系統(tǒng)增加了一系列新的功能，像多橋并聯(lián)運(yùn)行的可控硅整流橋智能均流、殘壓起勵等。

哈三電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)組采用機(jī)端自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，此UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)由兩套完全獨(dú)立的相同工控機(jī)通道構(gòu)成兩通道混合冗余冗錯系統(tǒng)。每臺工控機(jī)都包含自動通道和手動通道（COB）。兩臺工控機(jī)為互為備用的運(yùn)行方式。同時還設(shè)有獨(dú)立的手動通道（EGC）作為備用，工控機(jī)的自動、手動通道之間和工控機(jī)獨(dú)立手動通道之間能自動跟蹤且無擾動切換；手動通道還可以在做發(fā)電機(jī)空載、短路試驗(yàn)時使用。

當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵磁電壓和電流不超過其額定勵磁電流和電壓的1.1倍時，該勵磁系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行無異常。

該勵磁系統(tǒng)具有短時過載能力，大于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的短時過負(fù)荷能力；按80%極端電壓計算，勵磁系統(tǒng)強(qiáng)勵倍數(shù)大于2，勵磁系統(tǒng)強(qiáng)勵時間可大于10S。

該勵磁系統(tǒng)具備高起始響應(yīng)特性，在0.1S內(nèi)勵磁電壓增長值達(dá)到頂值電壓和額定電壓差值的95%。勵磁系統(tǒng)響應(yīng)比（V/V）即電壓上升速度，大于3.58倍/S。

在空載額定電壓下，當(dāng)電壓給定階躍響應(yīng)為±10%時，發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量不大于階躍量的30%；振蕩次數(shù)不超過3次；發(fā)電機(jī)定子電壓的調(diào)整時間不超過5秒。

發(fā)電機(jī)零起升壓時，該調(diào)節(jié)器可控制定子電壓的超調(diào)量不超過額定值的10%，調(diào)節(jié)時間不大于10S，電壓振蕩次數(shù)不大于3次。該勵磁系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)增益保證發(fā)電機(jī)電壓靜差率達(dá)到±1%。

該勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)壓范圍，發(fā)電機(jī)空載時能在0～110%額定電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定平滑調(diào)節(jié)。

在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)下，自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)壓速度，不大于1%額定電壓/秒；不小于0.3%額定電壓/秒。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路設(shè)有過電壓保護(hù)，其動作電壓的分散性不大于±10%，勵磁裝置的可控硅元件以及其他設(shè)備能承受直流側(cè)短路故障、發(fā)電機(jī)滑極、異步運(yùn)行等工況而不損壞。

3 硬件結(jié)構(gòu)

UNITROL5000勵磁調(diào)節(jié)器的核心是控制板（COB）。所有的調(diào)節(jié)、控制以及脈沖形成等功能均由（COB）實(shí)現(xiàn)。帶數(shù)字信號處理器（DSP）的測量單元板（MUB）用于實(shí)際值的快速測量。這兩塊板疊裝在同一個金屬箱內(nèi)，形成一個獨(dú)立的調(diào)節(jié)通道。箱內(nèi)還可安裝一塊結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的擴(kuò)展門極控制板（EGC）作備用通道，用于勵磁電流調(diào)節(jié)。

快速輸入輸出接口板（FIO）和整流橋接口板（CIN）等接口裝置用于電氣隔離和信號轉(zhuǎn)換。

主回路信號接口板PSI用于實(shí)現(xiàn)電氣隔離，以及將磁場測量信號變換后送到測量單元板（MUB）。

采用五個整流橋整流輸出，利用n-2冗余結(jié)構(gòu)，即當(dāng)一個整流橋故障退出運(yùn)行時，勵磁系統(tǒng)可以滿足包括強(qiáng)勵在內(nèi)的所有發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況；當(dāng)兩個整流橋故障退出運(yùn)行時，勵磁系統(tǒng)可以滿足發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)連續(xù)運(yùn)行。

整流橋接口板（CIN）是一個獨(dú)立的控制和調(diào)節(jié)部件，是整流柜的一個組成部分，與門極驅(qū)動板（GDI）、電流傳感器（CUS）和整流橋顯示單元（CDP）配合使用。其主要功能是向門極驅(qū)動板（GDI）發(fā)送用于觸發(fā)三相全控整流橋的脈沖列。

門極驅(qū)動板（GDI）用于將脈沖放大到晶閘管觸發(fā)所必需的水平。脈沖變壓器一般安裝在GDI板上。

電流傳感器（CUS）用于測量晶閘管整流橋的分支電流。其輸出直接送到整流器接口板(CIN)。

整流橋顯示器（CDP）安裝在柜門上，用于指示整流橋的運(yùn)行狀況。

采用直流側(cè)滅磁，它包括安裝于整流橋直流側(cè)的HPB磁場斷路器、跨接器、滅磁電阻以及脈沖閉鎖回路等。

多功能手持屏（SPA）用于調(diào)試和維護(hù)。SPA具有就地操作、參數(shù)設(shè)定和應(yīng)用程序編程功能。

就地控制面板（LCP）具有良好的人機(jī)界面，用于對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行就地操作和監(jiān)視。LCP也可安裝于電站中控室內(nèi)，用于遠(yuǎn)方控制。

勵磁系統(tǒng)的內(nèi)部通訊是通過ARCnet現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)的

4 軟件功能

UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器的全部調(diào)節(jié)功能都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，其模塊化的圖形語言，為操作者調(diào)試和故障排查提供了便利。其軟件功能除了基本的起勵、調(diào)節(jié)和滅磁外，還包括了一些輔助的功能，如各種限制保護(hù)功能、轉(zhuǎn)子溫度檢測、可控硅溫度檢測、可控硅導(dǎo)通檢測、功率柜自動故障退出和風(fēng)機(jī)自動切換等。

該調(diào)節(jié)器具有雙自動通道，每個自動通道的COB主控板都含有一個自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）和勵磁電流調(diào)節(jié)器（FCR）。自動跟蹤功能用于實(shí)現(xiàn)自動電壓調(diào)節(jié)方式（AVR）和勵磁電流調(diào)節(jié)方式（FCR）間的平穩(wěn)切換（見圖1）。切換可以是由PT斷相故障引起的自動切換或是人為切換。AVR控制電壓與FCR控制電壓間的差值被用作備用調(diào)節(jié)器的跟蹤控制。雙自動通道切換時通常是從運(yùn)行通道的自動方式切換至備用通道的自動方式，任何一個通道都可以工作在運(yùn)行方式或備用方式。在不能切換到備用通道自動方式時，才切換到手動方式。如果兩個通道都不能正常工作，勵磁系統(tǒng)將啟動跳閘命令。此時，備用通道的跟蹤信號為運(yùn)行通道控制電壓和備用通道控制電壓的差值。

圖1 UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器通道切換示意圖

該調(diào)節(jié)器具有軟起勵功能，用于防止機(jī)端電壓的起勵超調(diào)。勵磁調(diào)節(jié)器接到開機(jī)令后即開始起勵升壓，當(dāng)機(jī)端電壓大于10%額定值后，調(diào)節(jié)器以可設(shè)定的速度增加給定值，使機(jī)端電壓逐步上升到額定值。

該調(diào)節(jié)器的PID調(diào)節(jié)控制器的輸入是實(shí)際值對給定值的偏差。PID控制器的輸出電壓為門極控制單元的輸入信號。

該調(diào)節(jié)器的每個限制器都有其限制量和限制值，當(dāng)限制量的數(shù)值達(dá)到限制值時，限制器動作。每個限制器均產(chǎn)生一個限制量與限制值之間的偏差信號。 其具體限制功能包括勵磁電流限制器、定子電流限制器、P/Q限制器、V/Hz限制器等。

該調(diào)節(jié)器的并聯(lián)整流橋采用智能均流設(shè)計，利用軟件動態(tài)電流分布功能，通過軟件可以補(bǔ)償每個可控硅回路性能的差異，使流過每個可控硅的電流基本相等，可保證整流橋的均流系數(shù)在90%以上。

該調(diào)節(jié)器采用CMT軟件調(diào)試和維護(hù)，利用CMT工具可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的所有控制功能和參數(shù)的在線修改，同時可以自行選擇測量信號進(jìn)行錄波，還可以自動存儲故障時的波形，方便故障時診斷和分析。

5 結(jié)語

哈電機(jī)組裝的UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器成功地在哈三電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)組上投入運(yùn)行，其強(qiáng)大的功能和成熟的控制理論值得我們借鑒和吸收，以加強(qiáng)國內(nèi)勵磁調(diào)節(jié)器的設(shè)計水平和國際競爭力。

[1]GB/T 7409.3-2007《大、中型同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求》